艦載新型物理類非致命性武器原理及應(yīng)用研究

張玉強(qiáng)，秦立國(guó)

（1.武警海警學(xué)院艦艇指揮系，浙江 寧波 315801；2.上海工程技術(shù)大學(xué)數(shù)理與統(tǒng)計(jì)學(xué)院，上海 201600）

隨著各國(guó)對(duì)海洋權(quán)益的日益重視，海上爭(zhēng)端已成為世界上大多數(shù)國(guó)家所面臨的共同挑戰(zhàn)。艦載非致命性武器作為新概念武器的一類，在未來(lái)海上沖突中扮演的角色越來(lái)越重要，因其不會(huì)直接造成人員死亡、裝備毀滅和生態(tài)環(huán)境的破壞，而是通過(guò)特定的技術(shù)手段導(dǎo)致目標(biāo)人員或設(shè)備喪失戰(zhàn)斗力，從而達(dá)到“不戰(zhàn)而屈人之兵”的目的。當(dāng)前，隨著新的作戰(zhàn)理論與作戰(zhàn)形態(tài)不斷出現(xiàn)，非致命戰(zhàn)爭(zhēng)已成為未來(lái)戰(zhàn)爭(zhēng)的重要形式，融合了高新技術(shù)的艦載非致命性武器在未來(lái)海戰(zhàn)中所發(fā)揮的作用越來(lái)越重要。

1 物理類非致命性武器的發(fā)展

“非致命性武器”的概念首先是由美軍于20 世紀(jì)90 年代提出。一般認(rèn)為，非致命武器是指通過(guò)對(duì)聲、光、電、磁、生物、化學(xué)等能量的釋放與轉(zhuǎn)換的控制，使人或裝備自身的某些功能受到破壞，從而失去抵抗能力的新型武器。其目的是使目標(biāo)人或物迅速喪失能力，同時(shí)最大限度的減少死亡人數(shù)、減少對(duì)人產(chǎn)生永久性傷害及對(duì)環(huán)境造成不良影響。按照不同的標(biāo)準(zhǔn)，非致命性武器的分類也各異。

按學(xué)科分類，有物理類、生物類、化學(xué)類、心理類等非致命性武器（如圖1 所示），其中物理類非致命性武器是指利用力、熱、電（磁）、光、聲等原理進(jìn)行研制的非致命性武器，其占比最大，應(yīng)用最廣泛，發(fā)展?jié)摿σ沧畲蟆?/p>

圖1 非致命武器按學(xué)科分類結(jié)構(gòu)圖

按作用目標(biāo)的不同，物理類非致命性武器又可分為反人員物理類非致命性武器和反裝備物理類非致命性武器，如表1 所示。

表1 物理類非致命武器分類表

2 新型物理非致命性武器工作機(jī)理及應(yīng)用場(chǎng)景分析

隨著科技的發(fā)展，新型非致命性武器早已超越了橡膠子彈、潤(rùn)滑劑、染色劑、鐵絲網(wǎng)和黏性泡沫等傳統(tǒng)非致命性武器的范疇。其中新型非致命性武器中，以物理類為主，具有更強(qiáng)大的對(duì)峙能力、更長(zhǎng)的持續(xù)時(shí)間、更多功能性和選擇性。特別是定向能武器被廣泛運(yùn)用到多種無(wú)人、載人設(shè)備中，在多域化混合化戰(zhàn)爭(zhēng)和沖突中起著重要的作用，定向能武器能夠在大氣中以很小的立體角傳輸能量，利用高熱、電離、輻射等綜合效應(yīng)對(duì)目標(biāo)實(shí)施瞬間打擊，而且具有速度快、響應(yīng)快、精度高、附帶傷亡小等特點(diǎn)。2021 年，美國(guó)發(fā)布的《防御入門：定向能武器》報(bào)告中指出了定向能武器對(duì)美國(guó)國(guó)防安全起的關(guān)鍵作用，其主要包括激光武器、微波武器、粒子束武器等。

2.1 非致命激光武器

激光武器是利用激光束直接使目標(biāo)毀傷或失效的一種定向能武器，通常是指通過(guò)將激光束作用于目標(biāo)人員，使其作戰(zhàn)能力喪失或降低而不造其死亡和嚴(yán)重傷害的“人道 性”武器。自20 世紀(jì)60 年代世界上首臺(tái)激光器誕生以來(lái)，由于其輸出能量有限，主要用于激光制導(dǎo)、激光通信、激光測(cè)距、激光雷達(dá)等方面。特別是近幾十年來(lái)，隨著激光輸出功率的提高，多種類型的激光武器系統(tǒng)在結(jié)合戰(zhàn)術(shù)應(yīng)用需求的系統(tǒng)綜合能力驗(yàn)證上不斷取得突破，一般分為高能激光武器（平均功率輸出不小于20kW 或每個(gè)脈沖能量不小于30kJ）、低能激光武器（平均功率輸出小于20kW 或每個(gè)脈沖能量小于30kJ）兩大類，后者屬于非致命激光武器（主要包含激光干擾和激光致盲武器兩類）。因?yàn)榧す饩哂袉紊院谩⒎较蛐院谩⑾喔尚院谩⒘炼雀摺㈩l譜寬且可調(diào)性等特點(diǎn)，低能激光武器頻率可調(diào)諧，有簡(jiǎn)單的對(duì)抗措施，其毀傷效果除了能夠通過(guò)照射人眼，使視網(wǎng)膜出血導(dǎo)致致盲外，還可以對(duì)人的皮膚或探測(cè)器的光學(xué)系統(tǒng)出現(xiàn)熱損傷或物理?yè)p傷（表2）。

表2 非致命激光武器工作機(jī)理

反人員類激光武器工作時(shí)，主要通過(guò)對(duì)武器的激光參數(shù)控制，使激光束作用于人眼造成眩暈、視力下降、短暫失明等“軟殺傷”。低能激光武器，利用激光的等離子效應(yīng)產(chǎn)生的炫目閃光和強(qiáng)烈的沖擊波，可使目標(biāo)人員暫時(shí)眩暈和喪失行為能力。艦載非致命激光武器還可以實(shí)現(xiàn)直接癱瘓地方艦艇上的發(fā)動(dòng)機(jī)及電子系統(tǒng)。美國(guó)海軍陸戰(zhàn)隊(duì)所裝備的激光炫目器，其實(shí)現(xiàn)“軟殺傷”的距離可達(dá)4km；美國(guó)海軍陸戰(zhàn)隊(duì)正在研究新型“視覺(jué)中斷設(shè)備”，該設(shè)備基于激光技術(shù)，將人眼安全的測(cè)距儀和致眩激光有機(jī)結(jié)合，在任意距離內(nèi)，可以自動(dòng)將發(fā)射的激光能量調(diào)節(jié)到可以允許的最大值以內(nèi)，避免造成不可逆的損傷。目前，正在開(kāi)發(fā)一種節(jié)能的、輕便的超短脈沖激光系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠誘導(dǎo)產(chǎn)生可持續(xù)和可控的等離子體，拓展了非致命全譜效應(yīng)的范疇。英國(guó)對(duì)非致命性武器的研究一直非常重視，也是最早在實(shí)戰(zhàn)中利用的國(guó)家，在1982 年英阿馬島海戰(zhàn)中，就用激光眩目瞄準(zhǔn)具，使阿根廷軍機(jī)損失慘重，英國(guó)研制的新一代艦載激光致盲武器，已實(shí)現(xiàn)了對(duì)目標(biāo)自動(dòng)跟蹤和瞄準(zhǔn)，所發(fā)射的激光束利用自身的瞄準(zhǔn)系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)2km 外的違法或侵權(quán)船只進(jìn)行視覺(jué)警告，距離靠近時(shí)可以使目標(biāo)船只“致盲”，其武器的殺傷效能將大打折扣；英國(guó)BMS（英國(guó)大不列顛海事安全）公司所研制的已裝備軍事及執(zhí)法部門的SMU-100 型激光炫目槍，其發(fā)射的強(qiáng)光不同于常規(guī)激光武器所發(fā)射的集中光束，而是具有持續(xù)掃描或跳動(dòng)的特點(diǎn)，從而致使目標(biāo)船只無(wú)法靠近目的地。俄羅斯對(duì)激光武器的研制和應(yīng)用也處于較高的水平，其波長(zhǎng)居于635 ～660nm 之間的紅光激光器，多人操作的該種激光器可以輕松破壞敵方艦艇上的電子系統(tǒng)和發(fā)動(dòng)機(jī)；在俄烏沖突中，俄羅斯使用的新一代“尋釁者”激光武器，對(duì)5km 內(nèi)的烏克蘭無(wú)人機(jī)造成了很大的威脅。

2.2 微波武器

微波武器又叫射頻武器或電磁脈沖武器，由微波發(fā)生器、定向發(fā)射天線以及伺服控制系統(tǒng)等組成。它是利用高能量的電磁波輻射去攻擊和毀傷目標(biāo)的武器。微波武器與激光、粒子束武器相比，其波束寬得多，作用距離更遠(yuǎn)，受氣候影響更小；波長(zhǎng)較短（1mm ～1m）的高頻電磁波，具有抗干擾性好、傳播速度快、穿透力強(qiáng)等特點(diǎn)。

微波武器的工作機(jī)理，是基于微波與被照射物之間的分子相互作用，將電磁能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔埽涮攸c(diǎn)是不需要傳熱過(guò)程，一下就可讓被照射材料中的很多分子運(yùn)動(dòng)起來(lái)，使之內(nèi)外同時(shí)受熱，產(chǎn)生高溫?zé)龤Р牧稀Ｔ缭?0世紀(jì)80 年代，英國(guó)就開(kāi)始微波技術(shù)的研發(fā)，成效卓越，其所研制的微波彈使其非致命性武器的代表之一，其爆炸時(shí)能夠釋放出巨大的電磁波威力。目前，最具有代表性的是美國(guó)研制的是“主動(dòng)拒止系統(tǒng)”的非致命微波武器，并在第二次海灣戰(zhàn)爭(zhēng)中投入使用，保護(hù)安全區(qū)域。該系統(tǒng)主要用于對(duì)人的攻擊，從而控制人群。主動(dòng)拒止系統(tǒng)的工作頻率為95GHz，發(fā)射功率為100kW，一般由電源、微波電磁輻射和天線三部分組成，其主要工作原理是利用安裝在天線組件上的微型攝像機(jī)和熱敏成像儀獲取目標(biāo)后，通過(guò)打開(kāi)控制觸發(fā)器，發(fā)出微波能量射束，由于微波輻射效應(yīng)能使人產(chǎn)生強(qiáng)烈的不適感，從而迫使目標(biāo)人員終止行動(dòng)，甚至遠(yuǎn)離爭(zhēng)議區(qū)。因?yàn)樵撓到y(tǒng)所發(fā)射的微波能量對(duì)人體皮膚的穿透深度僅僅約為0.40mm，當(dāng)系統(tǒng)的控制觸發(fā)器關(guān)閉或遠(yuǎn)離輻射范圍之外時(shí)，癥狀會(huì)立即消失。目前正在研發(fā)的無(wú)線頻率船舶攔截器，即通過(guò)發(fā)射高功率的微波有效載荷，能夠遠(yuǎn)程干擾目標(biāo)船只電力控制電腦，造成電力系統(tǒng)發(fā)生故障而停止在海上的違法侵權(quán)行為；該攔截系統(tǒng)采用非接觸式阻停目標(biāo)船只，具有設(shè)置隱蔽、非接觸式逼停艦船、海上執(zhí)法風(fēng)險(xiǎn)低等特點(diǎn)，而且該系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì)，能夠根據(jù)實(shí)際情況而快速集成；借助艦載平臺(tái)，能夠?qū)崿F(xiàn)機(jī)動(dòng)部署，增強(qiáng)應(yīng)對(duì)各類海上違法犯罪、打擊海盜及恐怖活動(dòng)等的處理手段。此外，高功率微波武器以其作戰(zhàn)速度“快”、攻擊范圍“廣”、軟硬殺傷“兼”的優(yōu)勢(shì)在應(yīng)對(duì)無(wú)人機(jī)襲擾方面擁有越來(lái)越高的研究和應(yīng)用價(jià)值。

2.3 聲學(xué)類非致命性武器

聲波非致命武器作為非致命武器重要的組成部分，近年來(lái)，也得到了快速的發(fā)展，使用 聲波武器進(jìn)行非致命打擊削弱敵對(duì)人員的作戰(zhàn)能力已經(jīng)成為一種極具潛力的新型作戰(zhàn)方式。艦載聲學(xué)類非致命性武器主要包括強(qiáng)聲波武器、超聲武器、次聲武器、噪聲武器等。目前，強(qiáng)聲波武器已廣泛列裝在艦艇上，它發(fā)出的強(qiáng)聲波足以威懾來(lái)犯者，距離越靠近，威懾效果越顯著。美國(guó)近年來(lái)一直致力于大功率遠(yuǎn)距離聲波傳輸裝置的研制，并且早在2000 年10 月美國(guó)海軍科爾號(hào)軍艦遭到小船自殺式攻擊后就開(kāi)始進(jìn)行研發(fā)，并在此基礎(chǔ)上構(gòu)建了一整套實(shí)驗(yàn)及測(cè)試系統(tǒng)。聲波武器主要包含超聲波武器、次聲波武器及噪聲武器，2020 年5 月，美海軍研制的聚焦增強(qiáng)型聲學(xué)驅(qū)動(dòng)技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)距離警告及呼救能力，并通過(guò)向船只駕駛?cè)藛T提供可理解的語(yǔ)音命令實(shí)現(xiàn)攔截功能。人耳能聽(tīng)到的聲音頻率區(qū)間為20 ～20000Hz，超聲波是指頻率超過(guò)20000Hz 的聲波，隨著科技的不斷發(fā)展，現(xiàn)在已經(jīng)能夠產(chǎn)生上千兆赫的超聲波。

艦載超聲波武器所產(chǎn)生的高頻聲波，是一種含有疏部和密部的振動(dòng)波，在液體中傳播時(shí)會(huì)使相互作用的液體收到拉伸或壓縮，當(dāng)超聲波的強(qiáng)度達(dá)到一定程度時(shí)，液體就會(huì)發(fā)生斷裂，特別是在含有雜質(zhì)和氣泡的地方，會(huì)產(chǎn)生空穴，在聲波壓縮階段，這些空穴就會(huì)被壓縮崩潰，即超聲波在液體中傳播是會(huì)引起空化作用。因?yàn)槌暡l率高、衍射現(xiàn)象不明顯，以及在液體中的空化作用，其具有方向性好、穿透力強(qiáng)（超聲波雖然在氣體中衰減嚴(yán)重，但是在液體和固體中衰減很小）、熱效應(yīng)明顯（介質(zhì)的吸收系數(shù)隨波的頻率增大而增大，頻率越高，熱效應(yīng)越明顯）等特性。非致命超聲波武器主要是利用其定向傳播能力和穿透能力的物理特性。入射到目標(biāo)人員的的超聲波能量部分被吸收和轉(zhuǎn)化為機(jī)械壓力，會(huì)導(dǎo)致視覺(jué)模糊、惡心等生理反應(yīng)，從而迫使對(duì)方艦艇或潛艇行動(dòng)終止或退出相關(guān)區(qū)域。

次聲波武器的研究可追溯到20 世紀(jì)70 年代，當(dāng)時(shí)法國(guó)研發(fā)的首臺(tái)次聲波發(fā)生器對(duì)在5000m 外的人員產(chǎn)生傷害。次聲波的頻率低于20Hz，雖然人耳感覺(jué)不到，但是次聲波武器對(duì)人的傷害卻巨大，被稱為“無(wú)聲殺手”。次聲波武器所利用的基本物理原理就是共振，即某系統(tǒng)的受激頻率與該系統(tǒng)的固有頻率相接近時(shí)，系統(tǒng)振幅顯著增大，兩頻率值相等時(shí)，振幅最大。因?yàn)槿梭w主要器官的固有頻率在3 ～17Hz，如果大功率次聲波作用于人體，就會(huì)引起劇烈震動(dòng)，當(dāng)兩者頻率相近或一致時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生共振，受攻擊者會(huì)產(chǎn)生頭暈、惡心、呼吸困難、神經(jīng)錯(cuò)亂、甚至因血管破裂而喪命。次聲波武器具有穿透力強(qiáng)、傳播速度快、隱蔽性好、作用距離遠(yuǎn)等特點(diǎn)。艦載次聲波武器有助于作戰(zhàn)效能的提高，除了能攻擊海面上的艦艇外，對(duì)處于深海中的潛艇、戰(zhàn)斗海豚、水下蛙人等也同樣有很大威脅，在未來(lái)海戰(zhàn)中，次聲波武器將會(huì)發(fā)揮重要作用。

次聲波非致命武器根據(jù)發(fā)射頻率及作用于人體部位不同，可分為以下兩類（表3）。

表3 非致命次聲武器對(duì)人體的作用

噪聲波武器主要是借助所發(fā)出的一種定向的噪聲波，達(dá)到在較短的時(shí)間內(nèi)麻痹對(duì)方聽(tīng)覺(jué)或中樞神經(jīng)，甚至昏迷狀態(tài)。按作用距離分，現(xiàn)代噪聲武器分為近距離和遠(yuǎn)距離兩種。美國(guó)研制的聲束槍是近距離噪聲武器的代表，其產(chǎn)生的140dB 以上的聲束，作用距離可達(dá)100m能使對(duì)方人員聽(tīng)覺(jué)失靈或身體失去平衡；按照投放方式的不同，遠(yuǎn)距離噪聲武器可分為三種，如表4 所示。

表4 非致命遠(yuǎn)距離噪聲武器分類

3 物理類非致命武器的發(fā)展前景

2018 年《美國(guó)國(guó)防戰(zhàn)略》中指出，未來(lái)的行動(dòng)環(huán)境將是一個(gè)競(jìng)爭(zhēng)連續(xù)體（圖2），在這種論述背景下，于2020 年提出“中間打擊能力”這一術(shù)語(yǔ)，為非致命武器的進(jìn)一步發(fā)展提供了根本指導(dǎo)，明確了非致命武器的使用范疇。

圖2 競(jìng)爭(zhēng)連續(xù)體示意圖

全球海洋總面積達(dá)3.6 億平方公里，占總面積的70.8%，海洋自古以來(lái)是在人類發(fā)展的過(guò)程中角逐的重要領(lǐng)域。近年來(lái)，隨著對(duì)海洋資源的不斷開(kāi)發(fā)利用，人類愈加重視對(duì)海洋的戰(zhàn)略地位的提高，圍繞海洋利益和海洋權(quán)益展開(kāi)的競(jìng)爭(zhēng)和斗爭(zhēng)日趨激烈，海上爭(zhēng)端已成為世界上大多數(shù)海洋國(guó)家所面臨的共同挑戰(zhàn)，任何一方都“寸土必爭(zhēng)、一島不讓”，非致命武器的應(yīng)用，彌補(bǔ)了無(wú)傷害與致命性傷害之間的灰色地帶，當(dāng)今世界海上安全形勢(shì)復(fù)雜多變，傳統(tǒng)安全威脅與非傳統(tǒng)安全威脅相互交織，小規(guī)模摩擦事件頻發(fā)，尤其是在海上維權(quán)執(zhí)法、打擊恐怖活動(dòng)、走私等行動(dòng)中，艦載物理類非致命武器在海上執(zhí)法、維護(hù)海權(quán)等多方面以其獨(dú)有的優(yōu)勢(shì)受到各海洋強(qiáng)國(guó)的青睞，同時(shí)也適用于海上人道主義救援、維護(hù)和平和局部沖突等各種情況。各種新材料、新技術(shù)的出現(xiàn)將不斷促使物理類非致命武器裝備向著綜合化、智能化、精準(zhǔn)化、模塊化等發(fā)展趨勢(shì)，具備可以快速部署、機(jī)動(dòng)隱蔽、環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)等特點(diǎn)。新型物理類非致命武※※器對(duì)應(yīng)對(duì)未來(lái)低強(qiáng)度海上軍事博弈中贏得戰(zhàn)場(chǎng)先機(jī)、獲得主動(dòng)權(quán)至關(guān)重要。